2019-2020学年高中物理第十九章原子核第5节核力与结合能课时分层训练含解析 人教版选修3-5 6页

第5节　核力与结合能 ‎「基础达标练」‎ ‎1．对核力的认识，下列说法正确的是(　　)‎ A．任何物体之间均存在核力 B．核力广泛存在于自然界中的核子之间 C．核力只存在于质子之间 D．核力只发生在相距1.5×10－‎15 m的核子之间，大于0.8×10－‎15 m为吸引力，而小于0.8×10－‎15 m为斥力 解析：选D　由核力的特点知道，只有相距1.5×10－‎15 m以内的核子之间存在核力，核力发生在核子之间，由此知D正确，A、B、C错误．‎ ‎2．关于核力和结合能，下列说法正确的是(　　)‎ A．强力是原子核内部的力，弱力是原子核外部的力 B．强力和弱力都是短程力，其力程均在10－‎18米之内 C．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性 D．组成原子核的核子越多，它的结合能越低 解析：选C　强力和弱力都是短程力，都是原子核内部的力，强力作用范围在1.5×10－‎15 m之内，弱力力程在10－‎18 m之内，A、B错；原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的能量，而组成原子核的核子越多，它的结合能越高，D错误．‎ ‎3．下列物理学史描述正确的是(　　)‎ A．玛丽·居里提出原子的核式结构学说 B．卢瑟福通过α粒子散射实验发现了电子 C．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了质子 D．爱因斯坦质能方程为核能的开发利用提供了理论依据 解析：选D　卢瑟福提出原子的核式结构学说，选项A错误；汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，选项B错误；查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子，选项C错误；爱因斯坦质能方程为核能的开发利用提供了理论依据，选项D正确．‎ ‎4．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中正确的是(　　)‎ A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成反比 B．一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量，表明此过程出现了质量亏损 C．根据ΔE＝Δmc2不能计算核反应的能量 D．E＝mc2中的E是发生核反应过程中释放的核能 解析：选B　E＝mc2‎ 6‎ 表明物体具有的能量与其质量成正比，故A错误；一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量，根据爱因斯坦质能方程知，该过程有质量亏损，故B正确；根据ΔE＝Δmc2可计算核反应的能量，故C错误；E＝mc2中的E是物体蕴含的能量，不是核反应中释放的核能，释放的核能为ΔE＝Δmc2，故D错误．‎ ‎5．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD.现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，核反应方程为γ＋D→p＋n，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是(　　)‎ A.[(mD－mp－mn)c2－E]‎ B.[(mD＋mn－mp)c2＋E]‎ C.[(mD－mp－mn)c2＋E]‎ D.[(mD＋mn－mp)c2－E]‎ 解析：选C　氘核分解为核子时，要吸收能量，质量增加，本题核反应过程中γ射线的能量E对应质量的增加和中子与质子动能，即E＝Δmc2＋2Ek＝(mp＋mn－mD)c2＋2Ek，得Ek＝[E－(mp＋mn－mD)c2]＝[(mD－mp－mn)c2＋E]，故选C.‎ ‎6．铀原子核发生衰变时衰变方程为U→Th＋X，其中U、Th、X的质量分别为m1、m2、m3，光在真空中的传播速度为c，则(　　)‎ A．X是电子 B．m1＝m2＋m3‎ C．衰变时释放的能量为(m1－m2－m3)c2‎ D．若提高温度，U半衰期将会变小 解析：选C　根据电荷数守恒、质量数守恒知，X原子核中的电荷数为2，质量数为4，是氦核，故A错误；依据质量亏损，则m1>m2＋m3，故B错误；根据爱因斯坦质能方程得，释放的能量ΔE＝(m1－m2－m3)c2，故C正确；半衰期的大小与温度无关，故D错误．‎ ‎7．在能源需求剧增的现代社会，核能作为一种新能源被各国竞相开发利用．核原料中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，钚的一种同位素Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为Pu→X＋He＋γ，下列有关说法中正确的是(　　)‎ A．X原子核中含有92个中子 B．钚衰变发出的γ射线具有很强的电离能力 C．‎20克的Pu经过48 200年后，还有‎10克未衰变 D．钚核衰变前的质量大于衰变后X、He核的质量之和 解析：选D　根据质量数守恒和电荷数守恒得钚衰变方程为Pu→X＋ 6‎ He＋γ，故X的电荷数为92，质量数为235，中子数为143，故A错误；钚衰变发出的γ射线是波长很短的光子，不带电，具有很强的穿透能力，故B错误；根据半衰期公式：m＝m0＝20×＝20×2＝‎5 g，故C错误；由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量减小，故D正确．‎ ‎8．4个氢核(H)结合成1个氦核(He)，同时释放出正电子(e)．已知氢核的质量为mp，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c.计算每次核反应中的质量亏损及氦核的比结合能．‎ 解析：质量亏损Δm＝4mp－mα－2me，根据爱因斯坦质能方程可知，氦核的比结合能为E0＝＝.‎ 答案：4mp－mα－2me　 ‎「能力提升练」‎ ‎9．已知氘核(H)的比结合能为1.1 MeV，氦核(He)的比结合能为2.57 MeV，两个氘核结合成一个氦核的反应方程为H＋H→He＋n，此核反应(　　)‎ A．放出3.31 MeV能量　 B．放出5.51 MeV能量 C．放出5.88 MeV能量 D．吸收1.83 MeV能量 解析：选A　H＋H→He＋n；‎ 聚变反应前两个H的总结合能为 E1＝1.1×4 MeV＝4.4 MeV 反应后生成的氦核的结合能为 E2＝2.57×3 MeV＝7.71 MeV 所以反应释放的核能ΔE＝E2－E1＝(7.71－4.4)MeV＝3.31 MeV，故A正确，B、C、D错误．‎ ‎10．钴60是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年．它会通过β衰变放出能量高达315 keV的高速电子而衰变为镍60，同时会放出两束γ射线，其能量分别为1.17 MeV及1.33 MeV.钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业．在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗．关于钴60下列说法正确的是(　　)‎ A．衰变方程为Co→Ni＋e 6‎ B．利用钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的电子流 C．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收 D．钴60衰变过程中不会有质量亏损 解析：选A　根据电荷数守恒、质量数守恒，知钴60发生β衰变的衰变方程为Co→Ni＋e，故A正确；钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的γ射线，故B错误；钴60半衰期太长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不能作为药品的示踪原子，故C错误；所有衰变都会有质量亏损，故D错误．‎ ‎11．(多选)下列说法中正确的是(　　)‎ A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布与黑体的温度无关 B．钍的半衰期为24天，‎1 g钍(Th)经过120天后还剩‎0.2 g钍 C．放射性同位素Th经α、β衰变会生成Rn其中经过了3次α衰变和2次β衰变 D．比结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定 解析：选CD　一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关；但黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，故A错误；钍的半衰期为24天，‎1 g钍(Th)经过120天后，经历5个半衰期，‎1 g钍经过120天后还剩m＝m05＝0.031 ‎25 g，故B错误；Th衰变成Rn，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变，2次β衰变，故C正确；比结合能越大，原子核越稳定，越牢固，故D正确．‎ ‎12．核反应方程N＋H→C＋X＋ΔE中，N的质量为m1，H的质量为m2，C的质量为m3，X的质量为m4，光在真空中的速度为c，则下列判断正确的是(　　)‎ A．X是He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2‎ B．X是He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2‎ C．X是He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2‎ D．X是He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2‎ 解析：选B　根据核反应方程中质量数和电荷数守恒有X的质量数m＝15＋1－12＝4，核电荷数z＝7＋1－6＝2，所以X为氦核(He)．该反应过程中质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，所以释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故A、C、D错误，B正确．‎ 6‎ ‎13．三个α粒子结合成一个碳C，已知碳原子的质量为12.000 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u．(1 u＝1.66×10－‎27 kg)‎ ‎(1)写出核反应的方程；‎ ‎(2)这个核反应放出的能量是多少焦？‎ ‎(3)这个能量合多少兆电子伏？‎ 解析：(1)3He→C＋ΔE.‎ ‎(2)Δm＝3×4.002 6 u－12.000 0 u＝0.007 8 u Δm＝0.007 8×1.66×10－‎27 kg＝1.294 8×10－‎‎29 kg ΔE＝Δmc2≈1.165×10－12 J.‎ ‎(3)ΔE＝ eV≈7.28×106 eV＝7.28 MeV.‎ 答案：(1)3He→C＋ΔE ‎(2)1.165×10－12 J ‎(3)7.28 MeV ‎14．一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028 7 u)．(已知1原子质量单位1 u＝1.67×10－‎27 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量)‎ ‎(1)写出铀核的衰变反应方程；‎ ‎(2)算出该衰变反应中释放出的核能；‎ ‎(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？‎ 解析：(1) U→Th＋He.‎ ‎(2)质量亏损：Δm＝mU－mα－mTh＝0.005 9 u ΔE＝0.005 9×931 MeV＝5.5 MeV.‎ ‎(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等 pTh＋(－pα)＝0‎ pTh＝pα EkTh＝ Ekα＝ EkTh＋Ekα＝ΔE 所以钍核获得的动能EkTh＝·ΔE＝×5.5 MeV＝0.09 MeV 6‎ 解得Ekα＝5.5 MeV－0.09 MeV＝5.41 MeV.‎ 答案：(1)U→Th＋He　(2)5.5 MeV ‎(3)5.41 MeV 6‎